Πόσο σχετική είναι σήμερα η Θεωρία της Σχετικότητας;

Η Θεωρία της Σχετικότητας διατυπώθηκε στις αρχές του εικοστού αιώνα από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν και άλλαξε τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε τον κόσμο γύρω μας. Για περισσότερο από έναν αιώνα μετά τη γέννησή της, παραμένει επίκαιρη και θεωρείται σημείο αναφοράς για την επιστημονική κοινότητα.

Η Θεωρία της Σχετικότητας άρχισε να ξεδιπλώνεται στις αρχές του εικοστού αιώνα από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν: Το πρωτοποριακό αυτό έργο άλλαξε τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε τον κόσμο γύρω μας, ανατρέποντας την πρότερα κατεστημένη επιστημονική σκέψη αιώνων.

Παράλληλα, ο ίδιος ο Αϊνστάιν θεωρείται ως ένας από τους πλέον πρωτοπόρους και επιδραστικούς επιστήμονες όλων των εποχών. Ως θεωρητικός φυσικός κέρδισε την εκτίμηση της επιστημονικής κοινότητας και καθιερώθηκε στη συνείδηση της κοινής γνώμης για την ανάπτυξη της Θεωρίας της Σχετικότητας. Ωστόσο, συνεισέφερε επίσης σημαντικά στην ανάπτυξη της κβαντομηχανικής, διαδραματίζοντας έτσι κεντρικό ρόλο στην επαναστατική αναμόρφωση της επιστημονικής κατανόησης της φύσης που επιτεύχθηκε τον 20^ο αιώνα.

Μια κοπέλα και μια σόμπα στον χωροχρόνο

Ο Αϊνστάιν κλήθηκε να εξηγήσει την ασαφή θεωρία της σχετικότητας τόσες πολλές φορές που φέρεται να δημιούργησε ένα ανέκδοτο προκειμένου να μπορεί να την περιγράψει με πολύ απλά λόγια στους συνομιλητές του: «Εάν καθίσεις δύο ώρες δίπλα σε μια ωραία κοπέλα μοιάζουν με ένα λεπτό. Από την άλλη, εάν καθίσεις ένα λεπτό πάνω σε μια σόμπα, μοιάζει με δυο ώρες. Αυτή είναι η σχετικότητα».

Τι ήθελε να μας πει ο επιστήμονας (ποιητής); Ότι η έννοια του χρόνου είναι σχετική και εξαρτάται από τον χώρο στον οποίο αναφέρεται. Γι’ αυτό και στην (επιστημονική) πραγματικότητα, η Θεωρία της Σχετικότητας που ανέπτυξε ο Αϊνστάιν, συνδυάζει δύο αλληλένδετες θεωρίες: Της Ειδικής και της Γενικής Σχετικότητας, οι οποίες δημοσιεύθηκαν το 1905 και το 1915, αντίστοιχα.

Η θεωρία της Ειδικής Σχετικότητας δημιούργησε έναν θεμελιώδη σύνδεσμο μεταξύ χώρου και χρόνου: Το σύμπαν μπορεί να θεωρηθεί ότι έχει τρεις διαστάσεις του χώρου –πάνω/κάτω, αριστερά/δεξιά, εμπρός/πίσω– καθώς και μία χρονική διάσταση. Οι τέσσερις διαστάσεις μαζί δημιουργούν τον χωροχρόνο.

Μελετώντας τη σχετικότητα της θέσης, του χρόνου και της ταχύτητας για διαφορετικά γεγονότα, μέσα από μία σειρά θεωρητικών πειραμάτων, ο Αϊνστάιν κατέληξε στη θεωρία ότι οι νόμοι της φυσικής είναι ίσοι στο σύμπαν για ένα αδρανές ή μη κινούμενο αντικείμενο ή παρατηρητή, ενώ στο κενό η ταχύτητα του φωτός είναι μία σταθερά ανεξάρτητη από οποιονδήποτε παρατηρητή.

Από την Ειδική στη Γενική Σχετικότητα

Καλός ο χωροχρόνος και οι σχέσεις που τον διέπουν, ωστόσο, τι συμβαίνει με την επιτάχυνση και τη βαρύτητα; Το ερώτημα αυτό βασάνιζε τον Αϊνστάιν, ο οποίος πέρασε τα επόμενα 10 χρόνια προσπαθώντας να συμπεριλάβει την επιτάχυνση στη θεωρία του. Ως αποτέλεσμα, το 1915 δημοσίευσε τη Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας, η οποία προέβλεπε ότι τα τεράστια αντικείμενα προκαλούν μια παραμόρφωση στο χωροχρόνο που γίνεται αισθητή ως βαρύτητα.

Ολοκληρώνοντας την Θεωρία της Σχετικότητας, ο Αϊνστάιν, βοήθησε την επιστημονική κοινότητα προκειμένου να εξηγήσει πληθώρα άλυτων μέχρι τότε ζητημάτων – από την κίνηση των πλανητών και την επίδραση της βαρύτητας στο φως, μέχρι την ύπαρξη των μαύρων οπών.

Τα ανωτέρω φαντάζουν σίγουρα περίπλοκα, ειδικά για όσους και όσες από εμάς δεν έχουμε την αντίστοιχη επιστημονική κατάρτιση. Εντούτοις, οι ειδικοί υποδεικνύουν ότι τα βασικά συμπεράσματα της Θεωρίας της Σχετικότητας είναι απλά: Πρώτον, όλα είναι σχετικά και δεν υπάρχει απόλυτο πλαίσιο αναφοράς. Κάθε φορά που μετράτε την ταχύτητα ενός αντικειμένου, την ορμή του ή το πώς βιώνει το χρόνο, είναι πάντα σε σχέση με κάτι άλλο. Δεύτερον, η ταχύτητα του φωτός είναι η ίδια, ανεξάρτητα από το ποιος τη μετράει ή πόσο γρήγορα πηγαίνει αυτός που τη μετράει. Τρίτον, τίποτα δεν κινείται ταχύτερα από το φως.

Οι συνέπειες της σχετικότητας

Οι συνέπειες της πιο διάσημης θεωρίας του Αϊνστάιν ήταν αποκαλυπτικές, αλλάζοντας τον τρόπο με τον οποίο η επιστημονική κοινότητα αντιλαμβανόταν μέχρι τότε το Σύμπαν.

Παραδείγματος χάρη, λαμβάνοντας υπόψη ότι η ταχύτητα του φωτός είναι πάντα η ίδια, για έναν αστροναύτη ή μία αστροναύτισσα που ταξιδεύουν πολύ γρήγορα σε σχέση με τη Γη, τα δευτερόλεπτα μετρούν πιο αργά από ό,τι για έναν παρατηρητή από τον πλανήτη μας. Δηλαδή, για τους αστροναύτες ο χρόνος ουσιαστικά επιβραδύνεται! Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται διαστολή του χρόνου και μπορεί να ισχύσει για οποιοδήποτε αντικείμενο το οποίο επιταχύνεται σε ένα μεγάλο πεδίο βαρύτητας.

Από την άλλη, το διαστημόπλοιο βιώνει συστολή μήκους. Τι σημαίνει αυτό; Ότι αν τραβούσατε μια φωτογραφία του καθώς πετούσε, θα φαινόταν σαν να ήταν συμπιεσμένο προς την κατεύθυνση της κίνησης. Στον αστροναύτη, ωστόσο, όλα θα φαίνονταν φυσιολογικά.

Πόσο «σχετικοί» αισθανόμαστε με έννοιες όπως η διαστολή του χρόνου και η συστολή μήκους; Ως οντότητες εκπαιδευόμαστε να σκεφτόμαστε τον χώρο και τον χρόνο ως ξεχωριστές έννοιες, γι’ αυτό και η Θεωρία της Σχετικότητας δεν είναι απαραίτητα κατανοητή από όλους. Ωστόσο, για τους επιστήμονες παραμένει το απόλυτο εργαλείο για την κατανόηση του σύμπαντος.

Υποστηρίζει τις σύγχρονες κοσμολογικές μας θεωρίες, επιτρέποντας στους ερευνητές να μελετήσουν τη γέννηση και την εξέλιξη του σύμπαντος. Περιγράφει τα πιο ακραία αντικείμενα στη φύση, από τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες έως τις συγκρούσεις μεταξύ των άστρων νετρονίων. Αξιοποιείται από τους αστρονόμους για να χαρτογραφήσουν τα σύννεφα αόρατης σκοτεινής ύλης που διασχίζουν τεράστια σμήνη γαλαξιών. Και παραμένει σχετική, για περισσότερο από έναν αιώνα μετά τη γέννησή της, για όσους συντάσσονται με την επιστήμη και τη μελέτη του κόσμου που μας περιβάλλει.